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开关磁阻电动机的性能及典型应用1 引言开关磁阻电动机驱动系统（srd）由开关磁阻电机（srm或sr电机）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成，是20世纪80年代初随着电力电子、计算机和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。
开关磁阻电动机为双凸极磁阻电机，利用磁阻最小原理产生磁阻转矩，因其结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高而成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者。
开关磁阻电机已广泛或开始应用于电动车驱动、家用电器、通用工业、航空工业和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10w～5mw 的各种高低速驱动系统，呈现巨大的市场潜力［1］。
2 结构与性能特点2.1 电动机结构简单、成本低、适用于高速开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单，定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；转子仅有硅钢片叠成，因此不会有鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中的断条等问题，转子机械强度极高，可工作于极高转速，转速可达每分钟10万转［2］。
2.2 功率电路简单、可靠电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方向绕组电流，相绕组串在主电路两功率管之间，不会发生桥臂直通短路故障，绕组相间耦合弱，缺相故障运行能力强，系统的容错能力强，可靠性高，可以适用于宇航等特殊场合。
2.3 高起动转矩，低起动电流很多公司的产品可达到如下性能：起动电流为15％额定电流时，获得起动转矩为100％的额定转矩；起动电流为额定值的30％时，起动转矩可达其额定值的150％。
对比其它调速系统的起动特性，如直流电动机为100％的起动电流，获得100％转矩；鼠笼感应电动机为300％的起动电流，获得100％的转矩。
可见开关磁阻电动机具有软启动性能，起动过程中电流冲击小，电动机和控制器发热较连续额定运行时还小，因此特别适用于频繁起停及正反向转换运行的场合，如龙门刨床、铣床、冶金行业可逆轧机、飞锯、飞剪等。
电动螺旋压力机的原理与应用电动螺旋压力机是一种常见的工业设备，广泛应用于各个行业。
它通过电动机驱动螺旋杆的旋转，使螺旋杆的前进或后退来实现工件的压力加工。
本文将介绍电动螺旋压力机的工作原理、主要组成部分以及应用领域和优势。
电动螺旋压力机的工作原理是利用螺旋杆的旋转来控制工件的压力。
螺杆与螺母的移动方式分为两种，一种是螺杆旋转螺母静止，另一种是螺杆静止螺母旋转。
当螺旋杆旋转时，螺旋杆和螺母之间的螺纹副配合使得螺旋杆前进或后退。
通过调整螺旋杆的旋转方向和速度，可以实现对工件的精确控制和调整。
电动螺旋压力机主要由电动机、减速器、螺旋杆、螺母、工作台和控制系统等组成。
电动机作为驱动力源，将电能转化为机械能驱动螺旋杆的旋转。
减速器用于降低电动机的转速，并提供足够的转矩以确保螺旋杆的正常运转。
螺旋杆是电动螺旋压力机的核心部件，其上带有螺纹的螺杆与螺纹母配合，通过旋转来控制螺旋杆的前进和后退。
螺杆的直径和螺距会根据实际需求进行选择，以满足不同工件的加工要求。
螺杆与螺母之间的配合过程中，需注意润滑和调整适当的摩擦力。
较好的润滑条件和摩擦力能够延长设备的使用寿命，提高设备的工作效率。
在工作台上，需要安装合适的模具或工装夹具，以固定和稳定待加工的工件。
这种电动螺旋压力机广泛应用于多个行业。
在金属加工行业中，电动螺旋压力机常被用于金属板的冲压、弯曲、拉伸等加工工艺。
在塑料加工行业中，电动螺旋压力机可用于注塑成型和挤出成型等工艺。
在汽车制造和维修行业中，电动螺旋压力机被广泛应用于车身的维修、焊接和调整等工艺。
电动螺旋压力机的应用还包括了一些特殊领域，例如医疗设备制造、家具加工、电子产品组装等。
在这些领域，电动螺旋压力机能够提供精确而又高效的力量控制，从而保证产品的质量和生产效率。
与传统的液压压力机相比，电动螺旋压力机具有一些明显的优势。
首先，电动螺旋压力机不需要使用液压系统，减少了液压设备的维护和运行成本。
其次，电动螺旋压力机的结构更简单，操作更方便，不需要专门的液压控制技术。
开关磁阻电动机的应用及其发展
首先，开关磁阻电动机在汽车行业中有着广泛的应用。
由于其高效率、较低的噪音和震动水平，开关磁阻电动机在汽车空调系统、电子助力转向
系统、变速器控制系统等方面得到了广泛采用。
此外，在新能源汽车中，
开关磁阻电动机作为驱动电机的一种选择，具有能耗低、强度高、启动速
度快等特点，越来越受到关注。
其次，开关磁阻电动机也在家电行业中得到了广泛运用。
例如，吸尘器、电动工具、风扇等家用电器中经常采用开关磁阻电动机作为驱动设备，其高效率、低噪音和可靠性等特点，使其深受用户喜爱。
此外，开关磁阻电动机在航空航天、冶金、化工、纺织等行业中也有
重要的应用。
例如，在航天器的载荷动力系统中，开关磁阻电动机可以用
于控制系统、传感器驱动和舵机系统等；在冶金工业中，开关磁阻电动机
可以用于高温、高湿度环境下的工作，具有很强的适应性。
随着科技的不断发展，开关磁阻电动机也在不断创新与发展中。
在电
磁材料的研究中，新材料的应用不仅可以提高磁阻电机的性能，还可以大
大降低成本；新型电子器件的应用，如芯片、传感器等，不但使得开关磁
阻电动机的控制更加精确，还提高了整个系统的工作稳定性；智能化的控
制技术的应用，使得开关磁阻电动机可以更加灵活地应对各种复杂工况。
总之，开关磁阻电动机具有广泛的应用前景和发展空间，在各个领域
都有重要的地位。
随着科技不断进步与发展，相信开关磁阻电动机将会在
未来取得更加重要的突破和进步。
开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上的应用1 概述目前国内外广泛应用的压力机分两类，一类是螺旋压力机，另一类是机械压力机。
由于技术的限制，现有压力机动力系统多数采用交流异步电机，对于特殊场合有调速要求的机型，要么采用交流变频调速，要么采用直流调速。
对于高端需要，国内外近几年有的机型选用交流伺服电机驱动。
由于压力机承受的是短期高峰负荷，即压力机的负载具有强烈的冲击性，在一个完整的工作周期内只在较短的时间内承受工作载荷，而较长的时间内是空程运转；还由于压力机的工作负荷一般在设计值的60%左右，采用交流异步机使得压力机处于“大马拉小车”工作状态；再由于电机长时间处于空载，而一般电机空载功率因数为0.2 0.3，所以现有压力机耗能很大。
而采用变频调速，由于变频器控制困难，调速范围窄，使得其应用受到很大的限制；采用交流伺服电机固然可以实现数字化控制的目的，但存在成本高，技术由国外垄断的情况。
随着计算机技术、电力电子技术、数字化控制技术的发展，一种新型的动力系统--开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）应运而生，它是以现代电力电子与微机数控技术为基础的机电一体化产品，由于其独有的性能，使其非常适用于压力机的动力系统，解决现有动力系统存在的问题，提升压力机的性能。
2 开关磁阻电动机调速系统简介开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成，开关磁阻电机与传统电机差别很大，为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有集中绕组。
控制器包括嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、IGBT驱动电路、电力电子器件、软件及通信接口，完成电动机的驱动与控制。
如图1、图2所示。
电机装有位置传感器，位置信号反馈给控制器，控制器按程序数字化控制电机运转。
如图2所示，当绝缘栅双极晶体管（IGBT）S1、S2导通时，A相绕组从直流电源U吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管D1、D2继续流通，并回馈给电源U。
开关磁阻电动机的应用及其发展一、应用领域：1.汽车领域：SRM具有功率密度高、噪音低的特点，因此被广泛应用于汽车领域。
特别是在新能源汽车中，SRM由于其高效率、高可靠性和适应性强的特点，成为电动汽车驱动系统的理想选择。
2.工业自动化：SRM具有响应速度快、结构简单、适应性强等特点，因此在一些工业自动化设备中得到广泛应用，如风机、泵、压缩机等。
SRM的工作台阶化特性也使其在一些需要快速启停的装置中具有优势。
3.家电领域：由于SRM具有结构简单、节能环保的特点，因此被逐渐应用于家电领域。
如洗衣机、空调等家电产品中，SRM可以提供更高效、更稳定的运行效果。
4.风力发电：SRM的快速启停特性使其在风力发电系统中得到广泛应用。
风力发电系统中，SRM可以快速启动并保持高效运行，有效提高发电效率。
5.其他领域：SRM还在其他领域得到应用，如电动自行车、轨道交通、农业机械、船舶、机器人等。
二、技术发展：1.磁路设计优化：SRM的性能主要由磁路设计决定。
随着磁路设计优化的不断深入，SRM的效率和输出特性得到了大幅提升。
尤其是新材料的应用和磁路优化算法的改进，使SRM的磁路设计更加高效、节能。
2.功率电子器件的发展：SRM的工作需要使用功率电子器件进行控制，因此功率电子器件的进步也推动了SRM的发展。
随着功率半导体技术的不断提升，如IGBT、SiC等新型功率器件的应用，使SRM的控制更加精确、可靠。
3.控制算法的改进：SRM的控制算法的改进也促进了其应用的拓展。
传统的控制算法中存在容易产生振荡和共振的问题，而新的控制算法如矢量控制、预测控制等能够更好地解决SRM的控制问题，提供更好的工作性能。
4.系统集成优化：随着电动机和控制系统技术的发展，SRM的系统集成优化也在不断进行。
如加入智能化控制、网络通信等技术，提高SRM的控制精度和稳定性，实现SRM系统的更高级应用。
总之，开关磁阻电动机具有广泛的应用领域和快速的技术发展。
开关磁阻电机的原理应用1. 什么是开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型的电机，它利用磁电耦合效应来达到转矩输出的目的。
与传统电机相比，开关磁阻电机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高等优点，因此在一些特殊的应用领域具有广泛的应用前景。
2. 工作原理开关磁阻电机主要由转子、定子和磁极组成。
其中磁极由软磁性材料制成，可以在磁场中产生不同的磁阻，从而调节电机的输出转矩。
当电流通过定子线圈时，会在转子上产生磁通量。
通过控制磁极的磁阻，可以调节磁通量的路径，从而实现电机的转矩输出。
具体工作原理如下：•步骤1：开始时，电流通过转子线圈。
•步骤2：转子线圈中的电流会在转子上产生磁场。
•步骤3：通过控制磁极的磁阻，可以改变磁场的路径。
•步骤4：根据需要，可以调节磁场的大小和方向，从而实现不同的转矩输出。
3. 开关磁阻电机的应用开关磁阻电机在实际应用中有着广泛的应用领域，以下是一些常见的应用场景：3.1 自动控制系统开关磁阻电机可以用于自动控制系统中，例如自动门控制系统和电梯控制系统。
通过控制电机的转矩输出，可以实现门的自动开关和电梯的升降运动。
3.2 医疗设备开关磁阻电机可以用于医疗设备，例如手术机器人和医疗器械。
由于开关磁阻电机结构简单且体积小，非常适合用于医疗设备中，可以实现精确的运动控制。
3.3 机器人领域开关磁阻电机在机器人领域有着广泛的应用，例如工业机器人和服务机器人。
通过控制电机的转矩输出，可以实现机器人的运动和抓取动作。
3.4 汽车行业开关磁阻电机可以用于汽车行业，例如电动车和智能驾驶系统。
由于开关磁阻电机具有高效率和高可靠性，非常适合用于电动车的动力系统和智能驾驶系统的控制。
3.5 其他领域开关磁阻电机还可以在其他领域中得到应用，例如航空航天、电子设备和家用电器等。
由于开关磁阻电机具有体积小、重量轻和高效率的特点，可以实现精确的控制和节能效果。
4. 总结开关磁阻电机是一种新型的电机，利用磁电耦合效应实现转矩输出。
开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上的应用
1 概述
目前国内外广泛应用的压力机分两类，一类是螺旋压力机，另一类是机械压力机。
由于技术的限制，现有压力机动力系统多数采用交流异步电机，对于特殊场合有调速要求的机型，要么采用交流变频调速，要么采用直流调速。
对于高端需要，国内外近几年有的机型选用交流伺服电机驱动。
由于压力机承受的是短期高峰负荷，即压力机的负载具有强烈的冲击性，在一个完整的工作周期内只在较短的时间内承受工作载荷，而较长的时间内是空程运转；还由于压力机的工作负荷一般在设计值的60%左右，采用交流异步机使得压力机处于“大马拉小车”工作状态；再由于电机长时间处于空载，而一般电机空载功率因数为0.2 0.3，所以现有压力机耗能很大。
而采用变频调速，由于变频器控制困难，调速范围窄，使得其应用受到很大的限制；采用交流伺服电机固然可以实现数字化控制的目的，但存在成本高，技术由国外垄断的情况。
随着计算机技术、电力电子技术、数字化控制技术的发展，一种新型的动力系统--开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Driver，简称SRD）应运而生，它是以现代电力电子与微机数控技术为基础的机电一体化产品，由于其独有的性能，使其非常适用于压力机的动力系统，解决现有动力系统存在的问题，提升压力机的性能。
2 开关磁阻电动机调速系统简介
开关磁阻电动机调速系统由电机及控制器两大部分组成，开关磁阻电机与传统电机差别很大，为双凸极结构，其定、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子齿极上绕有集中绕组。
控制器包括嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、IGBT驱动电路、电力电子器件、软件及通信接口，完成电动机的驱动与控制。
如图1、图2所示。
电机装有位置传感器，位置信号反馈给控制器，控制器按程序数字化控制电机运转。
如图2所示，当绝缘栅双极晶体管（IGBT）S1、S2导通时，A相绕组从
直流电源U吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管D1、D2继续流通，并回馈给电源U。
因此，SRD的特点是具有再生作用，系统节电、效率高。
因此开关磁阻电动机调速系统可以数字化控制设备的工作执行机构，属于数控调速和数控伺服系统。
图1 SRD控制器系统框图图2 SRM控制原理图开关磁阻电动机调速系统与交流或直流电机系统相比，其特点在于：系统效率高，功率因数0.98以上；数控调速范围宽，低速下可长期运转；高起动转矩，低起动电流；可频繁起停及正反转切换，四象限运转性能相同；过载能力强，可靠性高，三相输入电源缺相或控制器输出缺相不烧电机，功率器件控制错误不会引起短路。
3 开关磁阻电动机在电动螺旋压力机上应用
在压力机上，要利用开关磁阻电动机调速系统取代现有的驱动系统，需要针对不同的机型，对设备现有的结构进行改进，可以应用于包括螺旋压力机、伺服压力机、调速压力机、热模锻压力机的各种压力机（以下简称为开关磁阻数控压力机）。
2.1 开关磁阻数控螺旋压力机
开关磁阻数控螺旋压力机采用电动螺旋压力机结构，可替代现有摩擦压力机、离合器式螺旋压力机等机型，其整机结构由开关磁阻电机、皮带传动（或齿轮传动）、飞轮（大传动轮）、螺杆、螺母、滑块、制动器和机身组成，如图3所示。
因开关磁阻电机能频繁起停及正反转，起停速度快，且起动转矩大，起动电流小，摩擦压力机可去掉双摩擦盘，离合器式螺旋压力机可去掉离合器及其提升机构。
图3 开关磁阻数控螺旋压力机
1-开关磁阻电机 2-皮带传动 3-制动器 4-飞轮 5-止推轴承 6-螺杆 7-螺母 8-滑块 9-机身2.2 开关磁阻数控调速压力机
开关磁阻数控调速压力机是在现有机械压力机基础上，更换动力系统后产生的。
其整机结构由开关磁阻电机——皮带传动——飞轮（大皮带轮）——离合器制动器——齿轮传动——执行机构组成如图4所示。
这种机型的特点是带有离合器和飞轮。
图4 开关磁阻数控调速压力机
1-开关磁阻电机 2-小带轮 3-大带轮 4-制动器 5-离合器 6、8-小齿轮 7-大齿轮 9-偏心齿轮10-心轴 11-机身 12-连杆 13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台 18-液压气垫
2.3 开关磁阻数控伺服压力机
开关磁阻数控伺服压力机与现有机械压力机相比，结构变化比较大，没有皮带传动和离合器，电机轴设置制动器。
其整机结构为：开关磁阻电机+一级或二级齿轮传动+执行机构，如图5所示。
因开关磁阻电机速降比现有电机大很多，其转动惯量可减小，以起停时间缩短，这种压力机可没有大皮带轮（飞轮）、离合器等，简化其原有结构。
图5 开关磁阻数控伺服压力机
1-开关磁阻电机 2-制动器 3-小齿轮 4-大齿轮 5-曲轴 6-连杆 7-滑块 8-机身
2.4 开关磁阻数控热模锻压力机
开关磁阻数控热模锻压力机是在现有热模锻压力机基础上，更换动力系统后产生的。
其整机结构由开关磁阻电机+皮带传动+离合器制动器+曲柄连杆滑块执行机构组成，如图6所示。
图6 开关磁阻数控热模锻压力机
1-大带轮 2-小带轮 3-开关磁阻电机 4-传动轴 5-轴承 6-小齿轮 7-大齿轮8-离合器 9-偏心轴10-连杆 11-滑块 12-楔形工作台 13-下顶件装置 14-上顶件装置 15-导轨 16-制动器 17-轴承
3 开关磁阻数控压力机的功能特点
开关磁阻数控压力机分别在山东科汇电气股份有限公司、淄博牵引电机集团、青岛益友锻压机械有限公司、荣成东源锻压机械有限公司、河北天辰锻压机床有限公司、河北省沧州机械厂、天津市昊鼎精密机械技术有限公司等单位进行了试运行，部分型号已投入批量生产并获得了良好的市场反响，取得了良好的社会经济效益。
在应用过程中，与现有压力机比较，开关磁阻数控压力机的突出特点为：
1.滑块运动数字化控制
由于开关磁阻电机的速度可方便准确的数字化控制，因此压力机滑块运动曲线可根据工艺要求进行数字设置，也可以设计特殊的工作特性曲线，进行高难度、高精度加工，能够实现低速锻冲急回的变速功能。
同时，开关磁阻电机本身能够寸动和慢速运行，因此不用再配置微调传动，调模试模极为方便。
2）生产率提高
可以根据工况和自动化连线的需要，在较大范围内数字设定滑块行程次数，其宽范围调速功能，可以提高生产率。
3）能量数控
使“大马拉小车”的压力机不再过能量。
如开关磁阻数控螺旋压力机，打击
能量为
2
2
1
mv
，数控其速度，即数控其能量，可以轻打，也可重打，且不过多耗
能。
其他机型压力机调能原理与之类似。
4）智能数控
不同工艺、不同材料可调用计算机存储的不同工作曲线，使压力机的加工性能、加工范围大大提高。
工艺曲线、时间、产量、耗电量等数据可由微机智能存储和处理，易实现制造过程信息化管理的目标。
5）设备通用性提高
现有压力机根据工艺不同而种类繁多，开关磁阻数控压力机可依工艺调节，而满足不同工艺的需求，使同一台压力机工作在不同工况，如同一台螺旋压力机可以工作在制坯、预锻、终锻等不同工艺状态，也可实现多膛模锻。
6）制件精度高，模具寿命高
因锻压工件的能量和速度可准确数控，使得制件精度和模具寿命提高。
7）结构简化
摩擦压力机可去掉双摩擦盘，离合器式螺旋压力机可去掉离合器及其提升机构，伺服压力机没有了大皮带轮（飞轮）、离合器等，结构简化。
8）正常停机时，确保滑块停在上止点
位置传感器反馈位置信号，在停机前电机减速；当滑块处在上止点时，电机轴的制动启动，确保滑块停在上止点。
离合器式机型可有效降低离合器、制动器的摩擦热量。
9）安全性高
在电机制动（可加转子抱死功能）和制动器作用下，滑块可以在任何位置制动停止。
10）节能
压力机多在额定状态点以下工作，开关磁阻电机比其它电机耗能低；在低速运行时，节能更加明显。
以315吨压力机为例，开关磁阻数控调速压力机驱动电机30kW，一般冲片每小时耗电仅5度左右，比原有的耗电大副降低。
对于数控螺旋压力机、数控伺服压力机来说，没有离合器结合能耗，滑块停止后，电机停转，
也没有了电机、皮带轮空转，能耗显著降低。
目前应用中的开关磁阻数控螺旋压力机比摩擦螺旋压力机节能50%以上。
11）工作可靠性高
与其他电机系统相比，开关磁阻电机转子即无绕组也无永磁体，机械强度高。
电机在三相输入电源缺相或者欠功率运行或者闷车的情况下，不会烧毁电机和控制器。
功率器件不会发生因控制错误导致短路而烧毁的现象，并且温升低。
4 结束语
开关磁阻数控压力机由开关磁阻电动机调速系统驱动，其突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无起动冲击电流、起动转矩大、数字化控制灵活、此外，还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。
经权威部门测试，采用开关磁阻电动机的螺旋压力机可节能达29.3%。
应用证明，与现有压力机相比，开关磁阻数控压力机的优势为数控、调速、变速、调能、节能、智能、可靠性高。
因此，开关磁阻数控压力机必将会逐步取代现有的压力机，成为压力机换代的首选产品。
